以卓越工程师为目标的DCS原理及应用教学设计与实践

    薛秀莉

    

    

    摘 ?要 依据仪表自动化专业卓越工程师培养计划的要求，结合DCS原理及应用课程的特点，依托可用的实训平台，对本课程的教学内容、教学方法以及考核评价等进行设计和实践。实践结果表明，本课程的教学符合卓越工程师培养的要求，提高了学生的工程意识和实践能力。

    关键词 卓越工程师;DCS原理及应用;精细化校企合作模式;仪表自动化专业;工程应用能力;VR实训室;项目驱动教学法

    中图分类号：G642.4 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）11-0126-02

    1 引言

    教育部2010年启动“卓越工程师培养计划”试点，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量、各类型工程技术人才，其核心在于强化学生的工程意识和实践能力[1]。北京石油化工学院作为教育部批准的首批试点院校之一，与燕山石化深度合作，开启了精细化校企合作模式，包括校企共建教学条件，校企共建课程体系等。仪表自动化专业卓越工程师培养系列课程设计，重在突出工程能力素质培养及实践教学，将校内理论教学和企业实践教学有机融合。企业实践教学部分围绕燕山石化仿真训练装置[2]，开展工艺技术、检测仪表、DCS原理及应用、现场安全等相关内容的培训。

    DCS系统自20世纪70年代问世以来，已成为自动控制领域的主流，在过程控制领域发挥着至关重要的作用。因此，DCS原理及应用技术是自控工程师的必备技能。依据卓越工程师的培养目标，结合在校大学生的专业知识储备情况，对课程内容进行优化，重在培养学生的工程应用能力。本文围绕课程内容优化、教学方法运用、培训考核评价等内容，介绍本课程培训教学中的探索与实践。

    2 课程内容优化

    DCS原理及应用课程主要讲授DCS系统的架构、组态及维护等知识，具有很强的实用性。近年来，国产DCS系统越来越多地在国内外大型石化装置上得到应用[3]。本课程结合浙江中控ECS-700系统，介绍DCS系统架构、工程项目组态以及控制系统维护等知识。课程设计以提高学生的工程应用能力为目标，以工程项目实例为载体，以工程项目的设计流程为主线，将知识点融入工程项目组态的各个环节，将过程控制理论应用到工程实践中。课程内容分为三个模块。

    模块一：基础知识模块。本模块介绍DCS的特点、构成、发展趋势以及ECS-700的系统架构等基础知识。

    模块二：系统组态模块。本模块结合工程项目实例，引导学生按照工程项目的设计流程（详细内容见图1），应用ECS-700组态软件逐步完成工程项目的设计、组态项目建立、控制站组态（包括硬件配置、位号表、典型控制方案组态等）及操作域组态（包括总貌画面、分组画面、历史趋势、流程图等）。

    模块三：系统操作及维护模块。利用模块二中完成的组态项目，熟悉ECS-700系统的实时监控画面，学习DCS系统的维护、常见故障现象及处理方法。

    3 教学方法应用

    经过几年的探索，本课程在教学方法和教学模式方面进行了改进，将情景体验式教学法、项目驱动教学法、案例教学法等应用到教学中。同时，综合运用VR平台、DCS实训设备、仿真控制器等教学资源，将理论教学和实践教学有机结合。通过一周的学习，学生能够对DCS的架構、应用及维护建立起系统的认知。

    VR体验式教学 ?由于在校大学生缺乏工作实践，对DCS系统的构成缺乏认知，而装置上运行的DCS系统又不能满足学员动手的实际需要，导致授课效果不佳。2019年初，笔者所在单位VR实训室的建成并投入使用解决了这一难题。应用VR实训平台，学员可以相对真实地体验控制室的布局、控制柜的构成，能够进行控制器单元的认知、各类卡件的认知及拆装等。通过讲授结合VR体验式教学的方式，学员对DCS系统架构的理解更加直观、深刻。

    项目驱动式教学 ?在模块二的教学中引入项目驱动教学法，将DCS组态的相关知识点设计到实际的工程项目案例中，淡化理论和实践的界限[4]，给学生提供自己分析问题、解决问题的机会，大大提高学生学习的积极性和主动性。在教学过程中将整个工程项目的组态内容进行细化，形成多个任务（如表1所示），将理论教学融入学生的实践中。学生切实体验了作为一名组态工程师在工程项目组态中的角色和工作，明显提高了参与度，增强了教学效果。

    案例教学法 ?教学内容设计始终围绕工程应用这一核心主题，收集ECS-700系统在日常维护中出现的故障（如控制器工作灯指示红色并闪烁、某卡件状态灯指示红色并闪烁等），运用案例教学法进行授课，通过故障描述、分析、讨论并形成解决方案。通过案例研讨，学生对所学知识进行总结、完善并解决了实际问题，形成更加完善的知识体系[5]。

    4 培训考核评价

    考核评价是检验教学效果的重要依据，也是激励学生学习的有效手段。本课程的考核侧重学生的知识吸收程度和项目实践能力提升，改变了以往单一的理论考试形式，综合考核学生的理论及实际动手能力。考核内容分为三个方面：

    1）学习态度方面，包括出勤、课堂表现、提问等，占总成绩的30%;

    2）项目完成情况，项目组态总体情况，占总成绩的20%;

    3）结业考试，分为理论和实操两部分，占总成绩的50%。

    5 结语

    为提高DCS原理及应用课程的教学质量，实现卓越工程师培养计划的目标，最大限度激发学生的积极性和参与度，笔者在教学内容设计、教学方法运用以及培训考核等方面进行积极探索和实践，综合运用中心的各种教学资源，突出工程应用和实操能力，取得较好的培训效果。

    参考文献

    [1]戴波，纪文刚，刘建东，等.以工程能力培养为主线建构专业人才培养模式[J].高等工程教育研究，2011（6）：136-140，168.

    [2]魏文渊.仿真训练装置及其管式加热炉DCS的控制与研究[D].北京：北京化工大学，2008.

    [3]许仙珍，单长考，邹萍.面向卓越工程师培养的PLC 控制技术理论与实践课程教学改革探索与实践[J].中国教育技术装备，2016（8）：148-150.

    [4]董景辰.国产与进口DCS进入竞争时代：国产DCS系统发展的新阶段[J].世界仪表与自动化，2007（3）：16-20.

    [5]王珊珊，杨洁.基于《数字电子技术》项目驱动式教学方法研究[J].现代商贸工业，2020（1）：185-186.

    [6]黄丽丽.案例教学法在工科类专业教学管理中的应用[J].高教学刊，2019（8）：122-124.

    [7]万其中，熊远钦，阳卫军，等.卓越工程师教育培养计划下的《化工仪表及自动化》课程内容的教与改[J].化工自动化及仪表，2017（4）：343-346.